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JP2000098372A - Liquid crystal display - Google Patents

Liquid crystal display

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Publication number
JP2000098372A
JP2000098372A JP10273702A JP27370298A JP2000098372A JP 2000098372 A JP2000098372 A JP 2000098372A JP 10273702 A JP10273702 A JP 10273702A JP 27370298 A JP27370298 A JP 27370298A JP 2000098372 A JP2000098372 A JP 2000098372A
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JP
Japan
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light
liquid crystal
crystal display
optical path
display device
Prior art date
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Application number
JP10273702A
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Japanese (ja)
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Inventor
Ikuo Hiyama
郁夫 檜山
Masaya Adachi
昌哉 足立
Makoto Tsumura
津村  誠
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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  • Liquid Crystal (AREA)
  • Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the polarized light conversion efficiency while improving the front face luminance by directivity to respond to requirement toward a low power consumption and high luminance. SOLUTION: In the liq. crystal display device arranging a liq. crystal display element 10 controlling polarization and an illuminator on the back face of a liq. crystal display element 10, a reflection means to the above described illuminator, an optical path conversion means 30 and a reflection type polarizing selection means (reflection type polarizing plate) 20 between the liq. crystal display element 10 and the above described illuminator are provided. And, an angle formed by an optical path conversion axis 31 of the optical path conversion means 30 and a polarizing transmission axis 21 of the reflection type polarizing selection means 20 is specified in the range of 0-30 deg. or 60-90 deg. so that transmitted light of the prescribed reflection type polarizing selection means 20 and a polarized state of reflected light been incident again on the reflection type polarizing plate 20 reflected by the above described reflection means become almost the same.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置の高
輝度化に係り、特に偏光変換効率の高い液晶表示装置に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high brightness liquid crystal display device, and more particularly to a liquid crystal display device having high polarization conversion efficiency.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、液晶表示装置、特にカラー液晶表
示装置の技術進歩は目覚ましく、CRTに劣らぬ表示品
質のディスプレイが数多く見られるようになった。さら
に、ノート型パーソナルコンピュータが普及し、照明装
置としてバックライト無しでは、ディスプレイとしての
態をなさず、従って、バックライトは直視型カラー液晶
表示装置における必須デバイスである。
2. Description of the Related Art In recent years, the technical progress of liquid crystal display devices, especially color liquid crystal display devices, has been remarkable, and many displays having display quality not inferior to that of CRTs have come to be seen. Furthermore, notebook personal computers have become widespread, and do not function as a display without a backlight as a lighting device. Therefore, a backlight is an essential device in a direct-view color liquid crystal display device.

【0003】液晶表示装置は、大別してTFT(薄膜ト
ランジスタ)を用いたアクティブマトリクス駆動による
TN(ツイストネマチック)液晶表示装置と、マルチプ
レックス駆動のSTN(スーパーツイステッドネマチッ
ク)液晶表示装置との2方式がある。いずれも液晶層を
ガラス基板で保持した素子の両側に偏光板を配置し、直
線偏光の偏光状態を変調して表示を行うものである。
The liquid crystal display devices are roughly classified into two types: a TN (twisted nematic) liquid crystal display device by active matrix driving using a TFT (thin film transistor) and a STN (super twisted nematic) liquid crystal display device by multiplex driving. . In both cases, polarizing plates are arranged on both sides of an element in which a liquid crystal layer is held by a glass substrate, and display is performed by modulating the polarization state of linearly polarized light.

【0004】これらの液晶表示装置に要求される輝度レ
ベルはその用途によって様々であるが、特にノート型パ
ーソナルコンピュータでは要求輝度だけでなく薄型、軽
量、低消費電力は至上命題である。さらには、デスクト
ップコンピュータやワークステーション等の表示装置と
しての大画面ディスプレイの期待は高く、低消費電力で
高輝度の表示が要求されている。
[0004] The brightness level required of these liquid crystal display devices varies depending on the application. Particularly, in a notebook personal computer, not only the required brightness but also thinness, light weight and low power consumption are paramount. Furthermore, there is a high expectation for a large screen display as a display device such as a desktop computer or a workstation, and a display with low power consumption and high brightness is required.

【0005】そこで、明るさ向上を実現するために、コ
レステリック液晶を用いた偏光変換について特開平2−
45906号公報に開示されている。また、コレステリ
ックフィルタを直視型バックライトに適用した構成が特
開平7−36032号公報に開示されている。
Therefore, in order to realize an improvement in brightness, a polarization conversion using a cholesteric liquid crystal is disclosed in
No. 45906. Further, a configuration in which a cholesteric filter is applied to a direct-view backlight is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-36032.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、反射
型偏光板として作用するコレステリック液晶を用いて、
反射光を再利用することにより高輝度化を図るものであ
る。また、ノート型パーソナルコンピュータ用の液晶デ
ィスプレイには、低消費電力で正面輝度を向上させるた
めに光路変換素子が適用されている。最も一般的に使用
されている光路変換素子はBEF(3M社の商品名)が
挙げられる。この光路変換素子は、照明装置に指向性を
具備し、低消費電力で高輝度な表示を得るために適用さ
れている。
The above prior art uses a cholesteric liquid crystal acting as a reflective polarizing plate,
It is intended to increase the luminance by reusing the reflected light. An optical path conversion element is applied to a liquid crystal display for a notebook personal computer in order to improve front luminance with low power consumption. The most commonly used optical path conversion element is BEF (trade name of 3M Company). This optical path changing element is applied to a lighting device having directivity and obtaining high-brightness display with low power consumption.

【0007】しかしながら、上記従来技術においては、
これらの光路変換素子を適用し、正面輝度向上を図った
時の偏光変換効率については何ら触れられていない。さ
らには、光路変換素子を用いた時の偏光変換効率向上が
できる構成についても何ら触れられていない。
However, in the above prior art,
No mention is made of the polarization conversion efficiency when these light path conversion elements are applied to improve the front luminance. Furthermore, there is no mention of a configuration capable of improving the polarization conversion efficiency when an optical path conversion element is used.

【0008】光路変換素子は、断面が三角形のストライ
プ状のフィルム(PET:ポリエチレンテレフタレー
ト)が一般に使用されており、2軸の複屈折性を有す
る。従って、入射する直線偏光と、その光学軸とがずれ
ると偏光状態が変化し、その結果、偏光変換効率の低下
を招くことが分かった。この光路変換素子の光学軸を直
交して2枚適用すると、偏光変換効率がさらに低下する
ことが分かった。
As the optical path conversion element, a striped film (PET: polyethylene terephthalate) having a triangular cross section is generally used, and has biaxial birefringence. Therefore, it has been found that the polarization state changes when the incident linearly polarized light deviates from its optical axis, and as a result, the polarization conversion efficiency is reduced. It has been found that the polarization conversion efficiency is further reduced when two optical axes of this optical path conversion element are applied orthogonally.

【0009】本発明の目的は、低消費電力で正面輝度を
向上させるために光路変換素子を適用した時の光路変換
素子と偏光板との最適な軸配置を規定し、偏光変換効率
の高い高輝度な液晶表示装置の提供にある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to specify an optimal axial arrangement of an optical path conversion element and a polarizing plate when an optical path conversion element is applied in order to improve front luminance with low power consumption, and to achieve high polarization conversion efficiency. It is an object of the present invention to provide a bright liquid crystal display device.

【0010】さらに、本発明の他の目的は、反射型偏光
板からの反射光の偏光を維持し、かつ、指向性を向上し
た導光体を用いて、光利用効率および正面輝度の向上を
実現した液晶表示装置の提供にある。
Still another object of the present invention is to improve the light use efficiency and the front luminance by using a light guide having improved directivity while maintaining the polarization of the reflected light from the reflective polarizing plate. It is to provide a realized liquid crystal display device.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の要旨は次のとおりである。
The gist of the present invention to achieve the above object is as follows.

【0012】〔1〕 偏光を制御する液晶表示素子と該
液晶表示素子の背面に照明装置を配置した液晶表示装置
において、前記照明装置に反射手段を、前記液晶表示素
子と前記照明装置間に光路変換手段と反射型偏光選択手
段とを具備し、前記反射型偏光選択手段の透過光と、前
記反射型偏光選択手段からの反射光が前記反射手段によ
り反射されて再び前記反射型偏光板に入射する反射光の
偏光状態が略同一になるように、前記光路変換手段の光
路変換軸と反射型偏光選択手段の偏光透過軸との成す角
度が0〜30度または60〜90度である液晶表示装
置。
[1] In a liquid crystal display device having a liquid crystal display device for controlling polarization and a lighting device arranged on the back of the liquid crystal display device, a reflection means is provided in the lighting device, and an optical path is provided between the liquid crystal display device and the lighting device. And a reflection type polarization selecting unit, wherein the transmitted light of the reflection type polarization selecting unit and the reflected light from the reflection type polarization selecting unit are reflected by the reflection unit and again incident on the reflection type polarizing plate. A liquid crystal display in which the angle between the optical path conversion axis of the optical path conversion means and the polarization transmission axis of the reflection type polarization selection means is 0 to 30 degrees or 60 to 90 degrees so that the polarization states of the reflected lights are substantially the same. apparatus.

【0013】〔2〕 前記光路変換手段の背面に複屈折
媒体を配置した前記の液晶表示装置。
[2] The liquid crystal display device described above, wherein a birefringent medium is arranged on the back of the optical path changing means.

【0014】〔3〕 前記光路変換手段の背面に複屈折
媒体を配置し、該複屈折媒体の偏光軸を前記反射型偏光
選択手段からの反射光の偏光方向と略45度に配置した
前記の液晶表示装置。
[3] A birefringent medium is arranged on the back of the optical path changing means, and the polarization axis of the birefringent medium is arranged at approximately 45 degrees with respect to the polarization direction of the reflected light from the reflection type polarization selecting means. Liquid crystal display.

【0015】〔4〕 前記光路変換手段の背面に配置し
た複屈折媒体が略1/4波長板として機能するものであ
る前記の液晶表示装置。
[4] The liquid crystal display device as described above, wherein the birefringent medium disposed on the back side of the optical path changing means functions as a substantially 波長 wavelength plate.

【0016】〔5〕 前記光路変換手段の光路変換軸と
反射型偏光選択手段の偏光透過軸の成す角度が略平行ま
たは直交である前記の液晶表示装置。
[5] The liquid crystal display device as described above, wherein the angle formed by the optical path changing axis of the optical path changing means and the polarization transmission axis of the reflection type polarization selecting means is substantially parallel or orthogonal.

【0017】〔6〕 前記液晶表示素子が、一対の透明
基板間に挟持された液晶層、前記透明基板上に形成され
た液晶配向制御用電極、前記透明基板の少なくとも表示
面側透明基板上に偏光板を有し、該偏光板の偏光軸が前
記反射型偏光選択手段の偏光透過軸と略平行または略直
交するよう配置されている前記の液晶表示装置。
[6] The liquid crystal display element includes a liquid crystal layer sandwiched between a pair of transparent substrates, a liquid crystal alignment control electrode formed on the transparent substrate, and at least a transparent substrate on the display surface side of the transparent substrate. The liquid crystal display device having a polarizing plate, wherein the polarizing axis of the polarizing plate is disposed so as to be substantially parallel or substantially perpendicular to the polarization transmission axis of the reflection type polarization selecting means.

【0018】〔7〕 前記照明装置が板状の導光体と、
その周辺に配置された光源を有し、前記光源から出射さ
れた光が前記導光体内を伝搬して導光体の光出射面から
出射されるよう構成されており、前記導光体の裏面が微
細な傾斜面を有する多数の凹、凸または段差で構成され
た反斜面を備え、該反斜面は少なくとも前記傾斜面が鏡
面化されており、該導光体の裏面に直接または空気層を
介して反射板が設けられている前記の液晶表示装置。
[7] The lighting device is a plate-shaped light guide,
A light source disposed around the light guide, wherein light emitted from the light source propagates through the light guide and is emitted from a light emission surface of the light guide; and a back surface of the light guide Is provided with an anti-slope surface composed of a number of concaves, convexities or steps having a fine inclined surface, the anti-slope surface has at least the inclined surface mirror-finished, and directly or an air layer on the back surface of the light guide. The liquid crystal display device described above, wherein a reflection plate is provided through the liquid crystal display.

【0019】〔8〕 前記光路変換手段が、等方性媒体
または一軸性複屈折媒体で構成されている前記の液晶表
示装置。
[8] The liquid crystal display device as described above, wherein the optical path changing means is formed of an isotropic medium or a uniaxial birefringent medium.

【0020】[0020]

〔9〕 液晶表示装置からの白表示時の出
射特性が、水平方向では正面輝度の1/2になる角度範
囲である半値幅が60度以下、垂直方向では40度以下
である前記の液晶表示装置。
[9] The above-mentioned liquid crystal display in which the half-width, which is an angle range where the emission characteristic at the time of white display from the liquid crystal display device is の of the front luminance in the horizontal direction, is 60 degrees or less and 40 degrees or less in the vertical direction. apparatus.

【0021】つまり、反射型偏光板からの反射光が照明
装置内で偏光が崩れないようにして偏光変換効率を高
め、かつ、少なくとも一軸方向の指向性を高め、光路変
換素子を併用することで全方位の指向性を高め、正面輝
度向上の手段として、前記照明装置が板状の導光体と、
その周辺に配置された光源から出射された光が前記導光
体内を伝搬して導光体の光出射面から出射されるよう構
成され、前記導光体の光出射面の裏面に微細な傾斜面を
有する多数の凹,凸または段差で構成された反斜面を備
え、該反斜面は少なくとも前記傾斜面部分が鏡面化され
ており、該導光体の裏面に直接もしくは空気層を介して
反射板を設ける。
That is, the polarization conversion efficiency is increased by preventing the reflected light from the reflection type polarizing plate from being distorted in the illumination device, and the directivity in at least one axial direction is increased. As a means for improving the omnidirectional directivity and improving the front luminance, the lighting device is a plate-shaped light guide,
Light emitted from a light source disposed around the light guide propagates through the light guide, and is emitted from the light emission surface of the light guide. An anti-slope surface having a large number of concaves, convexes or steps having a surface, wherein the anti-slope surface has a mirror surface at least at the inclined surface portion, and is reflected directly on the back surface of the light guide or through an air layer. A plate is provided.

【0022】また、導光体上に配置される拡散板は、透
過光の偏光状態を維持した散乱特性を有するもの、例え
ば、ホログラム拡散板で構成されている。
The diffusion plate disposed on the light guide has a scattering characteristic while maintaining the polarization state of the transmitted light, for example, a hologram diffusion plate.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】前記照明装置(バックライト)は
大別して2種に分類され、直下型とエッジライト型があ
る。直下型は、光源が照光面の内側にある方式で、エッ
ジライト型は、光源が照光面の外側に配置され、照光面
である導光体が透明なアクリル樹脂等からなり、その1
辺若しくは2辺に蛍光ランプ(冷陰極放電管または熱陰
極放電管)等の円柱状発光体を配置し、その外側に反射
体からなるランプカバーを設けて、導光体内に光を導入
する方式である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The above-mentioned lighting devices (backlights) are roughly classified into two types, a direct type and an edge light type. The direct type is a type in which the light source is inside the illuminating surface, and the edge light type is a type in which the light source is arranged outside the illuminating surface, and the light guide as the illuminating surface is made of a transparent acrylic resin.
A method in which a columnar luminous body such as a fluorescent lamp (cold-cathode discharge tube or hot-cathode discharge tube) is arranged on one or two sides, and a lamp cover made of a reflector is provided outside the luminous body to introduce light into the light guide. It is.

【0024】薄型が要求される液晶ディスプレイには、
エッジライト型バックライトが有効であり、また、軽量
で額縁の小さいことが要求される液晶ディスプレイに
は、直下型バックライトが有効である。
For a liquid crystal display that requires a low profile,
An edge-lit backlight is effective, and a direct-type backlight is effective for a liquid crystal display that is required to be lightweight and have a small frame.

【0025】従来の液晶表示装置ではエッジライト型バ
ックライトが主流で、面内の均一性を得るために、導光
体裏面には白色インクを形成している。また、光利用効
率を向上させるために反射型偏光板を適用している。
In a conventional liquid crystal display device, an edge light type backlight is mainly used, and white ink is formed on the back surface of the light guide in order to obtain in-plane uniformity. In addition, a reflective polarizing plate is applied to improve light use efficiency.

【0026】反射型偏光板としては、USP5,486,
949やSID92ダイジェストpp427に開示され
た誘電体多層膜による偏光分離器と、特開平7−360
32号公報や、アジアディスプレイ95ダイジェストp
p735に開示されたコレステリックフィルム+1/4
波長板がある。ここで、前者を反射型偏光板タイプ1、
後者を反射型偏光板タイプ2と呼ぶことにする。
As the reflective polarizing plate, USP 5,486,
No. 949 and SID92 Digest pp. 427.
No. 32 and Asia Display 95 Digest p
Cholesteric film disclosed in p.
There is a wave plate. Here, the former is a reflective polarizing plate type 1,
The latter will be referred to as a reflective polarizing plate type 2.

【0027】ここで、偏光状態を示すS偏光は入射面
(入射面とは、入射光線と境界面にたてた入射法線が成
す平面)に垂直な偏光であり、P偏光は入射面に平行な
偏光である。
Here, the S-polarized light indicating the polarization state is a polarized light perpendicular to the incident surface (the incident surface is a plane formed by the incident light and the incident normal formed on the boundary surface), and the P-polarized light is incident on the incident surface. Parallel polarized light.

【0028】一般に、屈折率N0の透明媒体と屈折率N1
の透明媒体の界面において、N0媒体からN1媒体へ光が
入射するとき、入射する光の入射角をθとすると、入射
角θの正接がN1/N0に等しい(tanθ=N1/N0
とき、P偏光の反射成分はなく、全て反射光はS偏光と
なり、透過光は残りのS偏光とP偏光であることが知ら
れている。
In general, a transparent medium having a refractive index N 0 and a refractive index N 1
When light is incident from the N 0 medium to the N 1 medium at the interface of the transparent medium, when the incident angle of the incident light is θ, the tangent of the incident angle θ is equal to N 1 / N 0 (tan θ = N 1). / N 0 )
At this time, it is known that there is no reflection component of P-polarized light, all reflected light is S-polarized light, and transmitted light is the remaining S-polarized light and P-polarized light.

【0029】このときの入射角θをブリュースタ角と云
う。このブリュースタ角を利用して、屈折率の異なる媒
体を積層し、その積層膜厚を波長オーダで制御すること
で各偏光の位相を制御し、P偏光のみを透過し、S偏光
を反射する反射偏光板を作製できる。
The incident angle θ at this time is called a Brewster angle. Utilizing this Brewster angle, media having different refractive indices are laminated, and the thickness of the laminated film is controlled on the wavelength order to control the phase of each polarized light, transmit only P-polarized light, and reflect S-polarized light. A reflective polarizing plate can be manufactured.

【0030】反射型偏光板タイプ1の一例を図5に示
す。プリスム状の形状に屈折率の異なる2種の透明媒体
を交互に積層した構造である。反射型偏光板タイプ1の
作用は、無偏光140の内、P偏光141のみを透過
し、それに直交するS偏光142を反射する。
FIG. 5 shows an example of the reflection type polarizing plate type 1. This is a structure in which two kinds of transparent media having different refractive indexes are alternately laminated in a prismatic shape. The function of the reflective polarizing plate type 1 is to transmit only the P-polarized light 141 out of the non-polarized light 140 and reflect the S-polarized light 142 orthogonal thereto.

【0031】この反射されたS偏光142は、散乱反射
や、偏光解消子として位相差板を使用すると、その位相
差板により楕円偏光(直線偏光、円偏光を含む)にな
り、再び反射偏光板に入射しP偏光成分のみが透過し、
S偏光成分は反射され導光体へ戻る。これを繰り返すこ
とにより、殆ど全ての光がP偏光141に変換され出射
される。従って、好ましくは、反射されたS偏光142
が、全てP偏光141に変換されるよう、往復透過後1
/2波長になるように1/4波長板として作用する位相
差板を設定することが好ましい。
When a retardation plate is used as a depolarizer, the reflected S-polarized light 142 becomes elliptically polarized light (including linearly polarized light and circularly polarized light) by the retardation plate. And only the P-polarized component is transmitted,
The S-polarized component is reflected and returns to the light guide. By repeating this, almost all light is converted into P-polarized light 141 and emitted. Therefore, preferably, the reflected S-polarized light 142
Are converted to P-polarized light 141 so that 1
It is preferable to set a retardation plate acting as a quarter-wave plate so as to have a half wavelength.

【0032】一方、反射型偏光板タイプ2の一例を図6
に示す。Asia Display 95Digest p735に記
載されるコレステリック液晶高分子を、可視波長域で特
性反射を示すようピッチの異なるコレステリック液晶高
分子(22)を積層し、無偏光143の内のある回り
(右回りまたは左回り)の円偏光を透過、逆回り(左回
りまたは右回り)の円偏光145を反射させ、その上に
1/4波長板23を積層し、ある一方向の直性偏光14
4を透過するものである。
On the other hand, an example of the reflective polarizing plate type 2 is shown in FIG.
Shown in The cholesteric liquid crystal polymer described in Asia Display 95 Digest p735 is laminated with a cholesteric liquid crystal polymer (22) having a different pitch so as to exhibit characteristic reflection in the visible wavelength region, and a certain rotation (clockwise or left) in the non-polarized light 143. (Circular), and reflects the counterclockwise (left-handed or right-handed) circularly-polarized light 145, and a quarter-wave plate 23 is laminated thereon.
4 is transmitted.

【0033】反射型偏光板タイプ2の作用は、右回り
(または左回り)の円偏光のみを透過し、左回り(また
は右回り)の円偏光を反射し、透過した円偏光は、1/
4波長板で一方向の直線偏光となる。
The function of the reflection type polarizing plate type 2 is to transmit only clockwise (or counterclockwise) circularly polarized light, reflect counterclockwise (or clockwise) circularly polarized light, and reduce the transmitted circularly polarized light by 1 /.
The light is converted into linearly polarized light in one direction by a four-wavelength plate.

【0034】一方、反射された左回り(または右回り)
円偏光は、鏡面反射板で反射されて右回り(または左回
り)の円偏光となり反射偏光板タイプ2を透過し、1/
4波長板で一方向の直線偏光となり全ての光が直線偏光
に変換される。反射板が鏡面反射板でない場合でも、反
射光は楕円偏光(直線偏光、円偏光を含む)になり、再
び反射偏光板に入射し右回り(または左回り)の円偏光
のみが透過し、左回り(または右回り)の円偏光は反射
され導光体へ戻る。
On the other hand, the reflected counterclockwise (or clockwise)
The circularly polarized light is reflected by the specular reflector to become clockwise (or counterclockwise) circularly polarized light, passes through the reflective polarizing plate type 2, and becomes 1 /
The light is converted to linearly polarized light in one direction by the four-wavelength plate, and all light is converted to linearly polarized light. Even if the reflector is not a specular reflector, the reflected light becomes elliptically polarized light (including linearly polarized light and circularly polarized light), enters the reflective polarizing plate again, and transmits only clockwise (or counterclockwise) circularly polarized light. Circular (or clockwise) circularly polarized light is reflected back to the light guide.

【0035】これを繰り返すことにより、殆ど全ての光
が右回り(または左回り)の円偏光のみに変換され、そ
の後1/4波長板で一方向の直線偏光となり出射され
る。
By repeating this, almost all the light is converted into only clockwise (or counterclockwise) circularly polarized light, and thereafter, is output as linear polarized light in one direction by a quarter-wave plate.

【0036】従って、反射板には少なからず光の吸収が
存在するため、反射された左回り(または右回り)の円
偏光が、全て右回り(または左回り)の円偏光に変換さ
れるように、完全鏡面反射板であることが好ましい。
Therefore, since there is considerable light absorption in the reflector, the reflected counterclockwise (or clockwise) circularly polarized light is converted into clockwise (or counterclockwise) circularly polarized light. In addition, it is preferable to use a perfect mirror reflection plate.

【0037】本発明の液晶表示装置の構成および効果
と、従来のそれとの相違を明確にするために、まず、従
来の液晶表示装置について、図11、13、15、16
を用いて説明する。
To clarify the difference between the structure and effects of the liquid crystal display device of the present invention and the conventional liquid crystal display device, first, a conventional liquid crystal display device will be described with reference to FIGS.
This will be described with reference to FIG.

【0038】図15に示すように、従来のエッジライト
型バックライトは、1枚の透明なアクリル樹脂からな
り、裏面に白色インクを有する導光体65の裏面に反射
板64を、導光体65側面の少なくとも一方に光源62
を配置し、さらに導光体65の出射面に拡散板66が配
置されている。さらに、正面輝度を上げるために、光路
変換素子30が光源62の長辺と平行もしくは直交する
ように配置されている。
As shown in FIG. 15, the conventional edge light type backlight is made of one transparent acrylic resin, and a light guide 65 having a white ink on the back is provided with a reflecting plate 64 on the back and a light guide. A light source 62 is provided on at least one of the 65 side surfaces.
And a diffusion plate 66 is arranged on the light exit surface of the light guide 65. Further, in order to increase the front luminance, the optical path conversion element 30 is arranged so as to be parallel or perpendicular to the long side of the light source 62.

【0039】また、光路変換素子30は、図に示すよう
な三角断面を有するストライプ形状のものである。
The optical path conversion element 30 has a stripe shape having a triangular cross section as shown in FIG.

【0040】液晶表示素子10は、最も一般的なモード
として90度捩じれを有するTNモードが適用され、こ
の時の下側偏光板の偏光透過軸11と上側偏光板の偏光
透過軸12とが、直交するように配置されたいわゆるノ
ーマリーホワイトモードである。従って、反射型偏光板
20の偏光透過軸21は、下側偏光板の偏光透過軸11
と平行に配置される。つまり、光路変換素子30のスト
ライプ方向31(以下このストライプ方向31、つま
り、光路が変換されない一定の方向を光路変換素子の光
路変換軸と呼ぶ)は、反射型偏光板20の偏光透過軸2
1と45度で交差する。
The liquid crystal display element 10 employs a TN mode having a 90-degree twist as the most general mode. At this time, the polarization transmission axis 11 of the lower polarizing plate and the polarization transmission axis 12 of the upper polarizing plate are: This is a so-called normally white mode arranged orthogonally. Therefore, the polarization transmission axis 21 of the reflective polarizer 20 is the same as the polarization transmission axis 11 of the lower polarizer.
And are arranged in parallel. That is, the stripe direction 31 of the optical path conversion element 30 (hereinafter, this stripe direction 31, that is, a fixed direction in which the optical path is not converted is referred to as the optical path conversion axis of the optical path conversion element) is the same as the polarization transmission axis 2 of the reflective polarizing plate 20.
Crosses 1 and 45 degrees.

【0041】反射型偏光板20として反射型偏光板タイ
プ1を適用した場合、上記構成では、図13に示すよう
に、無偏光である導光体からの出射光120は、一方の
直線偏光透過光121が透過し、他方の直交する直線偏
光は反射型偏光板20で反射され反射光122となる。
When the reflective polarizing plate type 1 is applied as the reflective polarizing plate 20, in the above configuration, as shown in FIG. 13, the outgoing light 120 from the non-polarized light guide is transmitted through one linearly polarized light. The light 121 is transmitted, and the other orthogonal linearly polarized light is reflected by the reflective polarizing plate 20 to become reflected light 122.

【0042】一般に、光路変換素子30の複屈折性の光
軸が光路変換軸31の方向にあることが判明した。この
時、直線偏光である反射光122は、その偏光軸方向が
光路変換素子30と角度45度を成すために、光路変換
素子30の複屈折性により、偏光が維持できず直線偏光
が楕円偏光になる。また、導光体65裏面の白色インク
および拡散板66の光拡散により無偏光になり、反射板
64で反射され無偏光123になる。従って、反射型偏
光板20の偏光透過軸に平行な成分のみ透過し、透過光
121と同一偏光である直線偏光透過光121Aとな
る。該透過光121Aの直線偏光と直交する反射された
直線偏光の反射光122Aは、反射無偏光123と同様
な過程を経て無偏光123Aとなる。そして、直線偏光
透過光121、121Aと同一偏光である直線偏光透過
光121Bとなる。
In general, it has been found that the birefringent optical axis of the optical path conversion element 30 is in the direction of the optical path conversion axis 31. At this time, the reflected light 122, which is linearly polarized light, cannot maintain its polarization due to the birefringence of the optical path conversion element 30 because the polarization axis direction forms an angle of 45 degrees with the optical path conversion element 30, and the linearly polarized light becomes elliptically polarized light. become. Further, the light becomes non-polarized by the white ink on the back surface of the light guide 65 and the light diffusion of the diffusion plate 66, and is reflected by the reflection plate 64 to become the non-polarized light 123. Therefore, only the component parallel to the polarization transmission axis of the reflection type polarizing plate 20 is transmitted, and becomes the linearly polarized transmitted light 121A having the same polarization as the transmitted light 121. The reflected linearly-polarized reflected light 122A orthogonal to the linearly-polarized light of the transmitted light 121A becomes non-polarized light 123A through a process similar to that of the reflected non-polarized light 123. Then, it becomes the linearly polarized light transmission light 121B having the same polarization as the linearly polarized light transmission light 121, 121A.

【0043】さらに、反射光122Bは、反射光12
2,122Aと同様の過程を経て無偏光123Bとな
る。以上の過程を繰り返すことで、原理的には全ての光
が同一の直線偏光に変換されて、出射されることにな
る。
Further, the reflected light 122B is
The non-polarized light 123B is obtained through the same process as that of 2,122A. By repeating the above process, in principle, all light is converted into the same linearly polarized light and emitted.

【0044】ところが、実際に液晶表示装置からの出射
光の効率を測定すると、反射型偏光板20の有無で、高
々30%程度光束量が増加するのみであった。理想的に
は、無偏光が全て一方向の直線偏光に変換されて光利用
効率が100%になる訳である。
However, when the efficiency of the light emitted from the liquid crystal display device was actually measured, it was found that the amount of luminous flux only increased by about 30% with or without the reflective polarizing plate 20. Ideally, all unpolarized light is converted into linearly polarized light in one direction, and the light use efficiency becomes 100%.

【0045】この効率低下の直接要因は、反射板64、
導光体65、白色インクおよび拡散板66等の吸収、さ
らには、反射型偏光板20の不完全性による不要偏光の
透過である。つまり、各部材における光吸収は1回の透
過反射では僅かではあるが、従来の構成では、1回の反
射で効率良く偏光変換ができないために多数回の反射・
透過で偏光変換を行われ、その結果、吸収が増大する。
The direct cause of the reduction in efficiency is that the reflection plate 64,
Absorption of the light guide 65, the white ink, the diffusion plate 66, and the like, and transmission of unnecessary polarized light due to imperfection of the reflective polarizing plate 20. In other words, the light absorption in each member is slight in one transmission reflection, but in the conventional configuration, polarization conversion cannot be performed efficiently by one reflection, so that many reflections and reflections are performed.
Polarization conversion takes place in transmission, resulting in increased absorption.

【0046】上記の根本原因は、図15における光路変
換素子30の光路変換軸31と反射型偏光板20の偏光
透過軸21が45度で交差しているために、その複屈折
性により直線偏光が楕円偏光に変換されることによる。
これにより、1回の反射で効率良く偏光変換されずに、
多数回の反射により偏光変換されるために各部材の光吸
収の影響を大きく受けて偏光変換効率が低下するのであ
る。
The above root cause is that the optical path conversion axis 31 of the optical path conversion element 30 and the polarization transmission axis 21 of the reflective polarizer 20 in FIG. Is converted into elliptically polarized light.
As a result, polarization is not efficiently converted by one reflection,
Since the polarization is converted by multiple reflections, the polarization conversion efficiency is reduced due to the large influence of the light absorption of each member.

【0047】また、反射型偏光板22として反射型偏光
板タイプ2を適用した場合、上記構成では図11に示す
ように、無偏光である導光体からの出射光130は、一
方の円偏光が透過し位相差板23で直線偏光131とな
り透過する。また、他方の円偏光である反射光132は
反射型偏光板22で反射される。
When the reflective polarizing plate type 2 is applied as the reflective polarizing plate 22, in the above configuration, as shown in FIG. 11, the outgoing light 130 from the unpolarized light guide is converted into one circularly polarized light. Is transmitted and becomes linearly polarized light 131 by the phase difference plate 23 and is transmitted. The reflected light 132 that is the other circularly polarized light is reflected by the reflective polarizing plate 22.

【0048】この時、円偏光である反射光132は、光
路変換素子30の複屈折性により、偏光が維持されず楕
円偏光になる。また、導光体65裏面の白色インクおよ
び拡散板66の光拡散により無偏光になり、反射板64
で反射され無偏光133になる。従って、反射型偏光板
22により一方の円偏光は透過し、位相差板23で直線
偏光131と同一の直線偏光131Aとなり、他方の逆
回り円偏光である反射光132Aは反射され、反射光1
32と同様の過程を経て無偏光133Aとなる。同様に
して、直線偏光131B、反射光132B、無偏光13
3Bとなる。
At this time, due to the birefringence of the optical path conversion element 30, the reflected light 132 that is circularly polarized light becomes elliptically polarized light without maintaining its polarization. Further, the white ink on the back surface of the light guide 65 and the light diffusion of the diffusion plate 66 make the light non-polarized,
And becomes unpolarized light 133. Accordingly, one circularly polarized light is transmitted by the reflective polarizing plate 22, becomes the same linearly polarized light 131A as the linearly polarized light 131 by the phase difference plate 23, and the other reflected circularly polarized light 132A is reflected by the retardation plate 23, and the reflected light 1 is reflected.
Through a process similar to that of No. 32, a non-polarized light 133A is obtained. Similarly, linearly polarized light 131B, reflected light 132B, and unpolarized light 13B
3B.

【0049】従って、原理的には、全ての光が同一の直
線偏光に変換されることになるが、反射型偏光板タイプ
1を用いた場合と同様に、光利用効率向上は高々30%
程度向上するのみである。この要因は、反射型偏光板タ
イプ1の時と同様に多数回の反射による光吸収損失であ
るが、この反射型偏光板タイプ2の場合は円偏光が反射
されるために、光路変換素子30を複屈折性のない等方
性媒体を用いるか、光路変換素子30へ反射光が入射す
る前に光路変換軸31と直交もしくは平行になるように
位相差板を配置することが好ましい。
Therefore, in principle, all light is converted into the same linearly polarized light. However, as in the case of using the reflective polarizing plate type 1, the light use efficiency can be improved by at most 30%.
Only an improvement. The cause is light absorption loss due to multiple reflections as in the case of the reflective polarizing plate type 1. In the case of the reflective polarizing plate type 2, since the circularly polarized light is reflected, the optical path conversion element 30 is not used. It is preferable to use an isotropic medium having no birefringence, or to arrange a retardation plate so as to be orthogonal or parallel to the optical path conversion axis 31 before the reflected light enters the optical path conversion element 30.

【0050】従来から正面輝度をさらに向上させるため
に、図16に示すように光路変換素子30、32のそれ
ぞれの光路変換軸31,33を直交するよう配置させる
構成が適用されている。これにより、1枚では一軸方向
(水平または直交方向)に指向性を持たせていたもの
を、略全方位に指向性を持たせて正面輝度を上げること
ができる。
Conventionally, in order to further improve the front luminance, a configuration is adopted in which the respective optical path conversion axes 31, 33 of the optical path conversion elements 30, 32 are orthogonally arranged as shown in FIG. As a result, the front luminance can be increased by giving directivity in substantially all directions, instead of having directivity in one axis direction (horizontal or orthogonal direction) in one sheet.

【0051】従来のエッジライト型バックライトは、1
枚の透明なアクリル樹脂からなり、裏面に白色インクを
有する導光体65の裏面に反射板64を、導光体65の
側面の少なくとも一方に光源62を配置し、さらに導光
体65の出射面に拡散板66が配置されている。
The conventional edge light type backlight has the following features.
A reflector 64 is arranged on the back surface of a light guide 65 made of a sheet of transparent acrylic resin and having white ink on the back surface, and a light source 62 is arranged on at least one of the side surfaces of the light guide 65. A diffusion plate 66 is disposed on the surface.

【0052】さらに、光源62の長辺と平行もしくは直
交して配置されている。液晶表示素子10は、最も一般
的なモードとして90度捩じれを有するTNモードが適
用されている。この時、下側偏光板の偏光透過軸11と
上側偏光板の偏光透過軸12が、直交するように配置さ
れたいわゆるノーマリーホワイトモードである。従っ
て、反射型偏光板20の偏光透過軸21は下側偏光板の
偏光透過軸11と平行に配置される。つまり、光路変換
素子30,32のストライプ方向、即ち、光路変換軸3
1,33は、反射型偏光板20の偏光透過軸21と平行
または直交する。
Further, the light source 62 is arranged parallel or perpendicular to the long side. The liquid crystal display element 10 employs a TN mode having a 90-degree twist as the most general mode. At this time, it is a so-called normally white mode in which the polarization transmission axis 11 of the lower polarizer and the polarization transmission axis 12 of the upper polarizer are arranged to be orthogonal to each other. Therefore, the polarization transmission axis 21 of the reflection type polarizing plate 20 is arranged parallel to the polarization transmission axis 11 of the lower polarizing plate. That is, the stripe direction of the optical path conversion elements 30 and 32, that is, the optical path conversion axis 3
Reference numerals 1 and 33 are parallel or orthogonal to the polarization transmission axis 21 of the reflective polarizing plate 20.

【0053】この構成においても、図15と同様に反射
型偏光板の適用により光利用効率が僅かに30%程度向
上したのみであった。この構成において、反射型偏光板
20として、反射型偏光板タイプ2を用いた時には、光
路変換素子30の直前に位相差板を配置して直線偏光に
する必要があるが、反射型偏光板タイプ1を使用しても
高々30%程度の光利用効率の向上であった。
Also in this configuration, similar to FIG. 15, the light use efficiency was only improved by about 30% by applying the reflective polarizing plate. In this configuration, when the reflective polarizing plate type 2 is used as the reflective polarizing plate 20, it is necessary to dispose a retardation plate immediately before the optical path conversion element 30 to make it linearly polarized. Even when using No. 1, the light use efficiency was improved by about 30% at most.

【0054】その原因として、光路変換素子30、32
は2軸異方性媒体であり、その光学軸の射影成分が、入
射する直線偏光と平行もしくは直交にあっても偏光状態
の変化を招くためである。その偏光状態の変化の作用が
1枚の時には小さいが、2枚となることで増強されたた
めである。この増強される原因は、光路変換素子30の
頂角を90度とした時、垂直に入射した光は全反射され
出射されないために、2枚使用することで多重反射を繰
り返し、偏光状態の変化を大きく受けて効率が低下す
る。
The reason is that the optical path conversion elements 30 and 32
Is a biaxial anisotropic medium, which causes a change in the polarization state even if the projected component of the optical axis is parallel or orthogonal to the incident linearly polarized light. This is because the effect of the change in the polarization state is small when one sheet is used, but is enhanced by using two sheets. The reason for this increase is that when the apex angle of the optical path conversion element 30 is 90 degrees, the vertically incident light is totally reflected and not emitted, so that two sheets are used to repeatedly perform multiple reflections and change the polarization state. Greatly reduces the efficiency.

【0055】上述のように光利用効率向上および正面輝
度向上のために反射型偏光板および光路変換素子を用い
た場合、多数回の反射により光利用効率が向上できない
ことが分かった。そこで、本発明の1回の反射で効率良
く反射光を再利用する原理について図12、14を用い
て説明する。
As described above, it was found that when a reflective polarizing plate and an optical path changing element were used to improve the light use efficiency and the front luminance, the light use efficiency could not be improved due to multiple reflections. Therefore, the principle of efficiently reusing reflected light by one reflection according to the present invention will be described with reference to FIGS.

【0056】まず、反射型偏光板20として反射型偏光
板タイプ1を適用した時の作用を図14に示す。導光体
からの出射光である無偏光120の内一方の直線偏光1
21が透過し、透過光121と直交する他方の直線偏光
122は、反射型偏光板20で反射され、1/4波長板
として作用する複屈折媒体40により円偏光124に変
換される。また、円偏光124は、反射板61で鏡面反
射され124とは逆回りの円偏光125となる。円偏光
125は、複屈折媒体40で透過光121と同一の直線
偏光126となり、反射型偏光板20を透過し透過光1
21Cとなる。この過程により一回の反射で全ての光が
同一の直線偏光に変換され効率のより偏光変換が達成で
きる。
First, the operation when the reflective polarizing plate type 1 is applied as the reflective polarizing plate 20 is shown in FIG. One linearly polarized light 1 of the unpolarized light 120 which is the light emitted from the light guide.
The other linearly polarized light 122 that passes through and is orthogonal to the transmitted light 121 is reflected by the reflective polarizing plate 20 and is converted into circularly polarized light 124 by the birefringent medium 40 acting as a quarter-wave plate. Further, the circularly polarized light 124 is specularly reflected by the reflection plate 61 and becomes a circularly polarized light 125 which is opposite to the circularly polarized light 124. The circularly polarized light 125 becomes the same linearly polarized light 126 as the transmitted light 121 in the birefringent medium 40, passes through the reflective polarizing plate 20, and transmits the transmitted light 1
21C. By this process, all the light is converted into the same linearly polarized light by one reflection, and the polarization conversion with higher efficiency can be achieved.

【0057】また、反射型偏光板22として反射型偏光
板タイプ2を適用した時の作用を図12に示す。導光体
から無偏光である出射光130の内、一方の円偏光が透
過し、1/4波長板として作用する複屈折媒体40によ
り、直線偏光131となる。一方、反射された他方の円
偏光132は、反射板61により鏡面反射され円偏光1
32と逆回りの円偏光136となる。円偏光132は、
反射型偏光板22を透過し、複屈折媒体23により13
1と同一の直線偏光131Cとなり出射される。
FIG. 12 shows the operation when the reflective polarizing plate type 2 is applied as the reflective polarizing plate 22. Out of the unpolarized light 130 emitted from the light guide, one circularly polarized light is transmitted, and becomes a linearly polarized light 131 by the birefringent medium 40 acting as a quarter-wave plate. On the other hand, the other reflected circularly polarized light 132 is specularly reflected by the reflecting plate 61 and is reflected by the circularly polarized light 1.
It becomes circularly polarized light 136 that is opposite to 32. Circularly polarized light 132
The light passes through the reflective polarizing plate 22 and is reflected by the birefringent medium
1 and becomes the same linearly polarized light 131C and is emitted.

【0058】この過程により一回の反射で全ての光が同
一の直線偏光に変換され効率のより偏光変換が達成でき
る。このタイプ2の反射型偏光板を用いる時には、光路
変換素子に入射する前に直線偏光の変換するか、光路変
換素子を少なくても1軸異方性さらには等方性媒体を適
用することが好ましい。光路変換素子として一軸異方性
媒体を使用する場合は、直線偏光が透過後円偏光になる
ように1/4波長板として働くようにすることが好まし
い。
By this process, all the light is converted into the same linearly polarized light by one reflection, and the polarization conversion can be achieved with higher efficiency. When using this type 2 reflective polarizer, it is necessary to convert linearly polarized light before entering the optical path conversion element, or to apply a uniaxial anisotropic or even isotropic medium at least for the optical path conversion element. preferable. When a uniaxial anisotropic medium is used as the optical path conversion element, it is preferable that the optical path conversion element functions as a quarter-wave plate so that linearly polarized light becomes circularly polarized light after transmission.

【0059】上記のように、1回の反射で効率良く偏光
変換を行うためには、光路変換素子の配置を複屈折性の
影響を受けないような配置にする必要がある。また、導
光体、拡散板等も偏光を維持するようにすることが効率
向上には最適である。つまり、反射型偏光板を使用する
時には拡散板の偏光維持性能が重要になり、特に偏光が
崩れない拡散板としてホログラム拡散板を用いることが
好ましい。例えば、SID93ダイジェストpp29の
ホログラム拡散板やSPIEvol1536(199
1)pp138のライトコントロールフィルムを使用で
きる。また、全方位で指向性を高め、正面輝度向上を図
る場合、従来、光路変換素子30を2枚用いていたが、
2枚使用すると多重反射で効率が低下することがわかっ
た。そこで、光路変換軸方向は導光体で指向性を高める
ことが有効である。
As described above, in order to efficiently perform polarization conversion by one reflection, it is necessary to arrange the optical path conversion elements so as not to be affected by birefringence. In addition, it is optimal for the efficiency improvement to maintain the polarization of the light guide, the diffusion plate, and the like. That is, when a reflection type polarizing plate is used, the polarization maintaining performance of the diffusion plate becomes important. In particular, it is preferable to use a hologram diffusion plate as a diffusion plate which does not lose polarization. For example, a hologram diffusion plate of SID93 digest pp29 or SPIEvol1536 (199
1) A light control film of pp138 can be used. In addition, in the case where the directivity is enhanced in all directions and the front luminance is improved, conventionally, two optical path conversion elements 30 are used.
It was found that when two sheets were used, the efficiency decreased due to multiple reflection. Therefore, it is effective to increase the directivity of the light path conversion axis direction with a light guide.

【0060】導光体の一例を図7、8に示す。反射型偏
光板からの反射光の偏光を維持したまま再び液晶表示素
子側に反射させるために、図7において導光体60裏面
に微細な鏡面反射の傾斜面60Aとフラットな鏡面部6
0Bとを設け、導光体の裏面に鏡面反射板61を設け
る。このとき、傾斜面はフラット部に比べて面積比率を
小さくする。また、傾斜面は導光体から光を出射させる
ための面で、鏡面反射面で、フラット部は、導光体内を
全反射して伝搬させるためのものである。傾斜面および
フラット面を金属反射面にしてもよいが、導光体内を伝
搬す時の反射回数は多数になるために、反射率の最も高
い全反射を利用することが好ましい。また、図8に示す
ように傾斜部60Cと若干傾斜したフラット部60Dを
設けることもできる。この構成により、反射型偏光板か
ら反射された光の殆どは導光体裏面のフラット部を透過
し、裏面に配置された反射板で偏光状態を略維持したま
ま再び導光体から出射れる。これにより、液晶表示素子
の入射側偏光板による吸収が殆どなく効率良く光を利用
でき明るさ向上を図ることができる。
An example of the light guide is shown in FIGS. In order to reflect the reflected light from the reflective polarizing plate back to the liquid crystal display element while maintaining the polarization of the reflected light, the rear surface of the light guide 60 in FIG.
0B, and a specular reflection plate 61 is provided on the back surface of the light guide. At this time, the area ratio of the inclined surface is made smaller than that of the flat portion. The inclined surface is a surface for emitting light from the light guide, the mirror surface is a reflection surface, and the flat portion is for totally reflecting and propagating the light in the light guide. Although the inclined surface and the flat surface may be metal reflecting surfaces, it is preferable to use total reflection having the highest reflectance since the number of reflections when propagating in the light guide increases. Further, as shown in FIG. 8, a flat portion 60D which is slightly inclined and an inclined portion 60C can be provided. With this configuration, most of the light reflected from the reflective polarizer passes through the flat portion on the back surface of the light guide, and is emitted again from the light guide while maintaining the polarization state substantially by the reflector disposed on the back surface. This makes it possible to use light efficiently with little absorption by the incident-side polarizing plate of the liquid crystal display element, and to improve brightness.

【0061】光源からの入射光153(163)が導光
体60裏面のフラット部60B(60D)に入射した場
合は全反射光154(164)は、導光体60中を伝搬
し、微細な鏡面部60A(60C)へ入射したときのみ
導光体より出射光156(166)として出射される
か、または、導光体中を伝搬し伝搬光151(161、
162)となる。また、導光体上面でも全反射光15
2,155(164)となる。
When the incident light 153 (163) from the light source enters the flat portion 60B (60D) on the back surface of the light guide 60, the totally reflected light 154 (164) propagates through the light guide 60 and becomes fine. Only when the light enters the mirror surface portion 60A (60C), the light is emitted from the light guide as the output light 156 (166), or propagates through the light guide and propagates the light 151 (161, 161).
162). In addition, the total reflection light 15
2,155 (164).

【0062】導光体60の表面において、導光体の屈折
率によって定まる全反射角θc以上の入射角の光が全反
射し、導光体内を伝搬する。全反射角θc未満の入射角
の光が導光体の上面で屈折し出射される。例えば、空気
(屈折率n=1)とアクリル、ポリカーボネート、ポリ
ウレタン、ポリスチレン等の透明樹脂(屈折率n=1.
5程度)の界面における全反射角θcは、θc=sin
~1(1/n)=42°で与えられる。導光体へ入射した光
θは、−(90°−θc)≦θ≦+(90°−θc)内の光
となるために、導光体の上面または下面のフラット部で
は全反射する。
At the surface of the light guide 60, light having an incident angle equal to or greater than the total reflection angle θc determined by the refractive index of the light guide is totally reflected and propagates through the light guide. Light having an incident angle smaller than the total reflection angle θc is refracted by the upper surface of the light guide and emitted. For example, air (refractive index n = 1) and a transparent resin such as acrylic, polycarbonate, polyurethane, and polystyrene (refractive index n = 1.
The total reflection angle θc at the interface of about 5) is θc = sin
1 1 (1 / n) = 42 °. The light θ incident on the light guide becomes light within − (90 ° −θc) ≦ θ ≦ + (90 ° −θc), and is totally reflected on the flat portion on the upper surface or the lower surface of the light guide.

【0063】さらに、本発明の重要な構成は、一軸方向
は導光体で、それに直交する方向は、光路変換素子で正
面輝度を向上させる点にある。図9に光路変換素子の光
路変換軸31と、反射型偏光板の偏光透過軸31Aおよ
びその成す角31Bを示す。
Further, an important configuration of the present invention is that one axis direction is a light guide, and a direction orthogonal to the light guide is an optical path changing element to improve the front luminance. FIG. 9 shows an optical path conversion axis 31 of the optical path conversion element, a polarization transmission axis 31A of the reflective polarizing plate, and an angle 31B formed by the axis.

【0064】光路変換素子30が一軸の複屈折媒体で、
垂直入射において略1/4波長板として作用する時、こ
の成す角度による偏光変換効率200の変化およびその
変化率201の一例を図10に示す。
The optical path changing element 30 is a uniaxial birefringent medium,
FIG. 10 shows an example of the change in the polarization conversion efficiency 200 and the rate of change 201 of the polarization conversion efficiency 200 due to the angle formed when the light acts as a substantially quarter-wave plate at normal incidence.

【0065】図10より、その成す角度が45度におい
て偏光変換効率が最も低く、かつ、その変化が急峻であ
ることが分る。従って、成す角度が45度の時には、偏
光板の配置角度のずれや液晶ラビング角度のずれにより
大きく効率が変化することになる。製造マージンを考慮
すると上記の成す角45度は最悪の条件である。光路変
換素子は複屈折性を有し、その光学軸が光路変換軸方向
に存在する。従って、この光路変換素子の複屈折性によ
る偏光状態の変化を少なくするために、光路変換軸方向
と反射偏光板からの反射光偏光方向の成す角度を45度
にならないように配置する。
FIG. 10 shows that the polarization conversion efficiency is lowest at an angle of 45 degrees and the change is steep. Therefore, when the angle formed is 45 degrees, the efficiency changes greatly due to a shift in the arrangement angle of the polarizing plate or a shift in the liquid crystal rubbing angle. Taking the manufacturing margin into consideration, the above-mentioned angle of 45 degrees is the worst condition. The optical path conversion element has birefringence, and its optical axis exists in the optical path conversion axis direction. Therefore, in order to reduce the change in the polarization state due to the birefringence of the optical path conversion element, the angle between the direction of the optical path conversion axis and the direction of polarization of the reflected light from the reflective polarizer is set so as not to be 45 degrees.

【0066】光路変換軸方向と反射型偏光板からの反射
光偏光方向との成す角度が0度〜30度もしくは60度
〜90度とするのが望ましく、さらに、好ましくは光路
変換軸方向と反射型偏光板からの偏光方向が直交もしく
は平行に配置することである。
It is desirable that the angle between the direction of the optical path conversion axis and the direction of polarization of the reflected light from the reflective polarizer is 0 to 30 degrees or 60 to 90 degrees. That is, the direction of polarization from the mold-type polarizing plate is orthogonal or parallel.

【0067】図12,14で説明したように、光路変換
素子30が複屈折性を有しない場合は、効率よく変換が
実現できる。しかし、光路変換素子30は一般的に複屈
折媒体である。
As described with reference to FIGS. 12 and 14, when the optical path conversion element 30 has no birefringence, conversion can be efficiently realized. However, the optical path conversion element 30 is generally a birefringent medium.

【0068】そこで、光路変換素子30を、一軸の複屈
折媒体で略1/4波長板として作用し、光路変換素子3
0の光路変換軸31と反射型偏光板の偏光透過軸31A
との成す角度31Bを45度にした時、反射型偏光板で
反射された偏光は、裏面の反射板で反射され2回光路変
換素子を透過する。これにより位相変化を受けて所望の
直線偏光から90度ずれ、一回の反射では全く再利用で
きないことになる。従って、図10に示すように光利用
効率が低下する。
Therefore, the optical path conversion element 30 is made of a uniaxial birefringent medium and functions as a substantially 波長 wavelength plate.
0 optical path conversion axis 31 and the polarization transmission axis 31A of the reflective polarizing plate
When the angle 31B is 45 degrees, the polarized light reflected by the reflective polarizing plate is reflected by the reflecting plate on the back surface and passes through the optical path conversion element twice. As a result, it is shifted by 90 degrees from the desired linearly polarized light due to the phase change, and cannot be reused at all by one reflection. Accordingly, the light use efficiency is reduced as shown in FIG.

【0069】しかしながら、上記の光路変換軸31と反
射型偏光板の偏光透過軸31Aとの成す角度31Bを、
0度または90度とした時、反射型偏光板からの反射光
が一回の反射で効率良く再利用できる。
However, the angle 31B between the optical path conversion axis 31 and the polarization transmission axis 31A of the reflective polarizer is defined as
When the angle is set to 0 degree or 90 degrees, the reflected light from the reflective polarizing plate can be efficiently reused by one reflection.

【0070】また、効率の変化率を0.5以下にすれ
ば、光路変換素子30の複屈折性の面内ばらつきに対し
て視認できない程度であることが分かった。この効率の
変化率を0.5以下にするためには、上記の成す角度3
1Bを0〜30度、または、60〜90度にする必要が
ある。
Further, it was found that when the rate of change of the efficiency was set to 0.5 or less, the in-plane variation of the birefringence of the optical path conversion element 30 could not be visually recognized. In order to reduce the rate of change in efficiency to 0.5 or less, the angle 3
1B needs to be 0 to 30 degrees or 60 to 90 degrees.

【0071】以上により、偏光変換効率が高く、正面輝
度向上を実現した光利用効率の高い液晶表示装置を得る
ことができる。
As described above, it is possible to obtain a liquid crystal display device having a high polarization conversion efficiency and a high light use efficiency realizing an improvement in frontal luminance.

【0072】[0072]

【実施例】以下、本発明の液晶表示装置について詳細に
説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a liquid crystal display device of the present invention will be described in detail.

【0073】本発明の液晶表示装置の一実施例を表す模
式斜視図を図1に示す。本実施例は、エッジライト型照
明装置を用いて、透明なアクリル樹脂からなる導光体6
0を用いて、一方の側面に長さに対応した発光長を有す
る冷陰極蛍光ランプ62と、それをカバーし光を導光体
側に反射するランプカバー(図示省略)とを端面に設け
た。導光体60の裏面には、反射板61を配置した。
FIG. 1 is a schematic perspective view showing one embodiment of the liquid crystal display device of the present invention. In this embodiment, a light guide 6 made of a transparent acrylic resin is used by using an edge light type illumination device.
Using 0, a cold cathode fluorescent lamp 62 having an emission length corresponding to the length on one side surface and a lamp cover (not shown) for covering the cold cathode fluorescent lamp 62 and reflecting light toward the light guide are provided on the end surface. On the back surface of the light guide 60, a reflection plate 61 was arranged.

【0074】光源62としては、管径が2.6mmで、
長さが約290mm(紙面の奥行き方向)を使用した。
ランプカバーとしては、冷陰極蛍光ランプを包み込むよ
うな円筒形あるいは楕円筒形の反射板を、また、導光体
60としては、屈折率1.49で大きさ290mm×2
25mm×3.5mmのものを使用した。
The light source 62 has a tube diameter of 2.6 mm.
A length of about 290 mm (in the depth direction of the paper) was used.
As the lamp cover, a cylindrical or elliptical reflecting plate surrounding the cold cathode fluorescent lamp is used. As the light guide 60, the refractive index is 1.49 and the size is 290 mm × 2.
The one having a size of 25 mm × 3.5 mm was used.

【0075】導光体60の裏面に微細な溝を形成し、そ
の溝のピッチを変えることで均一性を保持した。また、
導光体60の出射側に偏光を崩さないホログラムで作製
した拡散板63を配置した。また、ポリカーボネートで
作製されたリタデーションが130nmの位相差板41
をその延伸軸41Aが光路変換素子30の光路変換軸3
1と45度を成すように配置した。
Fine grooves were formed on the back surface of the light guide 60, and uniformity was maintained by changing the pitch of the grooves. Also,
A diffusing plate 63 made of a hologram that does not break the polarization was disposed on the emission side of the light guide 60. Further, a retardation plate 41 made of polycarbonate and having a retardation of 130 nm is used.
The extension axis 41A is the optical path conversion axis 3 of the optical path conversion element 30.
1 and 45 degrees.

【0076】また、反射型偏光板20としては、反射型
偏光板タイプ2を使用し、その偏光透過軸21を光路変
換軸31と直交させて配置した。
As the reflection type polarizing plate 20, a reflection type polarizing plate type 2 was used, and its polarization transmission axis 21 was arranged to be orthogonal to the optical path conversion axis 31.

【0077】また、液晶表示素子10は、90度ツイス
トのTN液晶を使用し、その偏光板の透過軸をそれぞれ
裏面11、表面12が直交するように配置した。光路変
換素子30として2軸の複屈折性を有し、その光学軸の
射影成分が光路変換軸31と平行であった。
The liquid crystal display element 10 uses a 90 ° twisted TN liquid crystal, and is arranged such that the transmission axes of the polarizing plates are perpendicular to the back surface 11 and the front surface 12, respectively. The optical path conversion element 30 had biaxial birefringence, and the projected component of the optical axis was parallel to the optical path conversion axis 31.

【0078】液晶表示素子10は、図2の模式断面図に
示す構成のものを用いた。内側に透明電極13A,13
Bを、それ上にラビング処理を施した配向膜14A,1
4Bとを形成した上下基板12A,12B間に液晶層1
5を挟持し、その両側に偏光透過軸が直交するように配
置したノーマリーホワイトモードの液晶表示素子であ
る。ここで、液晶表示モードは、偏光を変調する表示モ
ードであれば限定されない。
As the liquid crystal display element 10, the one shown in the schematic sectional view of FIG. 2 was used. Transparent electrodes 13A, 13 inside
B, an alignment film 14A, 1 having a rubbed thereon.
4B and the liquid crystal layer 1 between the upper and lower substrates 12A and 12B.
5 is a normally white mode liquid crystal display element in which the polarization transmission axis is orthogonal to both sides thereof. Here, the liquid crystal display mode is not limited as long as the display mode modulates polarization.

【0079】上記構成とすることで、図3に示すように
導光体60への入射光100は、導光体裏面の微細構造
に入射すると、その傾斜角で出射され出射光101とな
り略法線方向から出射される。無偏光である出射光10
1は、反射型偏光板20により一方の直線偏光透過光1
02のみ透過し、直線偏光透過光102に直交する直線
偏光は反射されて、反射光104となる。
With the above configuration, when the incident light 100 to the light guide 60 is incident on the fine structure on the back surface of the light guide as shown in FIG. It is emitted from the line direction. Unpolarized outgoing light 10
Reference numeral 1 denotes one linearly polarized transmitted light 1 by the reflection type polarizing plate 20.
02 is transmitted, and the linearly polarized light orthogonal to the linearly polarized transmitted light 102 is reflected and becomes reflected light 104.

【0080】該反射光104は、光路変換素子30によ
り偏光状態の変化を受けずに、複屈折媒体40により円
偏光103に変換され、導光体60の裏面に配置された
反射板61で反射される。反射された反射光105は、
円偏光103とは逆回りの円偏光になり再び複屈折媒体
40に入射する。1/4波長板として作用する複屈折媒
体40を透過した光106は、透過光102と同一直線
偏光になり反射型偏光板20を透過し、出射光107と
なる。このように、1回の反射で効率良く偏光変換が行
われので光利用効率を大幅に向上できる。
The reflected light 104 is converted into circularly polarized light 103 by the birefringent medium 40 without being changed in the polarization state by the optical path conversion element 30, and reflected by the reflecting plate 61 disposed on the back surface of the light guide 60. Is done. The reflected light 105 reflected is
The light becomes circularly polarized light in the opposite direction to the circularly polarized light 103 and enters the birefringent medium 40 again. The light 106 transmitted through the birefringent medium 40 acting as a 波長 wavelength plate becomes the same linearly polarized light as the transmitted light 102, transmits through the reflective polarizing plate 20, and becomes the output light 107. As described above, since the polarization conversion is efficiently performed by one reflection, the light use efficiency can be greatly improved.

【0081】次に、見方を変えて、図3を光路変換素子
30の光路変換軸31に直交する方向から見た場合の模
式断面図を図4に示す。
Next, FIG. 4 is a schematic cross-sectional view when viewed from a direction orthogonal to the optical path conversion axis 31 of the optical path conversion element 30 from a different viewpoint.

【0082】導光体60からの入射光111は、光路変
換素子30により垂直方向に指向されて透過光112と
なる。無偏光である透過光112は、反射型偏光板20
で一方の直線偏光のみ透過し、直線偏光透過光113と
なる。
The incident light 111 from the light guide 60 is directed in the vertical direction by the optical path conversion element 30 to become transmitted light 112. The unpolarized transmitted light 112 is reflected by the reflective polarizing plate 20.
Then, only one of the linearly polarized light is transmitted, and the linearly polarized light is transmitted.

【0083】反射光114は、上記透過光113と直交
する直線偏光となり、再び光路変換素子30へ入射す
る。その結果、透過光115は、複屈折媒体40を斜め
に透過することになるが、複屈折媒体40がこの光路に
おいて1/4波長板として作用する。
The reflected light 114 becomes linearly polarized light orthogonal to the transmitted light 113 and enters the optical path conversion element 30 again. As a result, the transmitted light 115 is transmitted obliquely through the birefringent medium 40, and the birefringent medium 40 acts as a quarter-wave plate in this optical path.

【0084】透過光115は円偏光になり、反射板61
で反射され透過光115とは逆回りの円偏光116にな
り、再び、複屈折媒体40を透過して、上記透過光11
3と同一の直線偏光117になる。その結果、反射型偏
光板20を透過し、直線偏光透過光113と同一の直線
偏光透過光118になる。
The transmitted light 115 becomes circularly polarized light,
The reflected light is converted into circularly polarized light 116 in the opposite direction to the transmitted light 115, passes through the birefringent medium 40 again, and is transmitted through the transmitted light 11.
3 becomes the same linearly polarized light 117. As a result, the light passes through the reflective polarizing plate 20 and becomes the same linearly polarized light transmission light 118 as the linearly polarized light transmission light 113.

【0085】以上のように、1回の反射で効率良く偏光
変換が行われ、指向性による正面輝度の向上と、光利用
効率の向上が実現できる。その結果、従来の光利用効率
向上が反射型偏光板を用いることにより約30%向上に
したのに対し、本実施例では約60%向上した。さら
に、光路変換素子を一軸異方性媒体であるポリカーボネ
ートを適用したところ、さらに光利用効率が向上した。
As described above, the polarization conversion is efficiently performed by one reflection, and the front luminance and the light use efficiency can be improved by the directivity. As a result, the conventional light use efficiency was improved by about 30% by using the reflective polarizing plate, whereas the present embodiment was improved by about 60%. Furthermore, when a polycarbonate which is a uniaxial anisotropic medium was applied to the optical path conversion element, the light use efficiency was further improved.

【0086】次に、反射型偏光板20として、コレステ
リックフィルムと1/4波長板からなる反射型偏光板タ
イプ2を適用した場合、上記と同一の効果を得るため
に、ココレステリックフィルムの下部にも1/4波長板
を配置した。それ以外は上記と同様の構成である。その
結果、従来の光利用効率の向上が反射型偏光板を用いる
ことにより約30%の向上に対して、本実施例では約5
0%向上した。
Next, when a reflection type polarizing plate type 2 comprising a cholesteric film and a quarter-wave plate is applied as the reflection type polarizing plate 20, in order to obtain the same effect as described above, the reflection type polarizing plate 20 is provided below the cholesteric film. A quarter-wave plate was also arranged. Otherwise, the configuration is the same as above. As a result, the conventional light utilization efficiency is improved by about 30% by using the reflective polarizing plate, whereas the present embodiment is improved by about 5%.
0% improvement.

【0087】また、上記構成で面内均一性90%(最大
輝度に対する最小輝度比)を達成した。さらにまた、出
射光の広がりは、正面輝度に対して明るさが1/2にな
る明るさの角度範囲を測定した結果、光源62の長軸に
平行な方向では約±30度、光源63に直交する方向で
は約±20度であった。従って、一枚の光路変換素子で
全方位で指向性を強めることができ、正面輝度が飛躍的
に向上した。
Further, with the above structure, in-plane uniformity of 90% (minimum luminance ratio to maximum luminance) was achieved. Furthermore, as for the spread of the emitted light, as a result of measuring the angle range of the brightness in which the brightness is reduced to に 対 し て with respect to the front brightness, the spread of the emitted light is It was about ± 20 degrees in the orthogonal direction. Therefore, the directivity can be enhanced in all directions with one optical path conversion element, and the front luminance is dramatically improved.

【0088】本発明に使用したコレステリックフィルム
は、コレステリック液晶高分子を用いた特性反射を利用
したもので、コレステリック液晶高分子は、特性反射が
可視領域で発現されるように、ピッチの異なる層を積層
したものが好ましい。
The cholesteric film used in the present invention utilizes a characteristic reflection using a cholesteric liquid crystal polymer. The cholesteric liquid crystal polymer includes layers having different pitches so that the characteristic reflection is exhibited in a visible region. Laminated ones are preferred.

【0089】実験的には、少なくとも2層以上が必要な
ことが確認できた。1層でもコレステリック液晶高分子
のピッチが層内で変化するものであったり、Δn(屈折
率異方性)が十分大きければ問題はない。
Experimentally, it was confirmed that at least two layers were required. There is no problem if the pitch of the cholesteric liquid crystal polymer changes in the single layer or if Δn (refractive index anisotropy) is sufficiently large.

【0090】また、コレステリック液晶高分子上に1/
4波長板として作用する位相差板を配置した。これによ
り、無偏光の入射光は、コレステリック液晶高分子と同
じ回りの円偏光成分は反射され、逆回りの円偏光成分は
透過し、位相差板で直線偏光となり出射される。従っ
て、光吸収損失の無い偏光板が作製でき、反射された円
偏光は、例えば金属反射で逆回りの円偏光として再利用
し、光利用効率を向上できる。
Further, 1 /
A retardation plate acting as a four-wavelength plate was arranged. As a result, the unpolarized incident light is reflected by the circularly polarized light component in the same direction as the cholesteric liquid crystal polymer, transmitted through the counter-circularly polarized light component, and is output as linearly polarized light by the phase difference plate. Therefore, a polarizing plate having no light absorption loss can be manufactured, and the reflected circularly polarized light can be reused as, for example, counter-circularly polarized light by metal reflection, thereby improving the light use efficiency.

【0091】上記実施例では、導光体の側面に光源ラン
プを配置した構成である。また、導光体裏面の微細構造
は、ピッチ、角度、高さは一定としたが、光源ランプか
らの距離に応じて変化させることも可能である。
In the above embodiment, the light source lamp is arranged on the side of the light guide. Further, the pitch, angle, and height of the microstructure on the back surface of the light guide are fixed, but can be changed according to the distance from the light source lamp.

【0092】上記について検討した結果、ピッチは50
0μm以下、角度は30〜50度、高さは50μm以下
が好ましい。また、微細構造は凹凸いずれでも可能で、
さらには、微細構造が曲面であってもよい。
As a result of studying the above, the pitch is 50
0 μm or less, the angle is preferably 30 to 50 degrees, and the height is preferably 50 μm or less. In addition, the microstructure can be any irregularities,
Further, the fine structure may be a curved surface.

【0093】上記実施例では、TN液晶層の縦電界を印
加する表示モードを例に説明したが、偏光を制御する表
示モードであれば、横電界印加のTN液晶、STN液
晶、MVA方式等表示モードには特定されない。
In the above embodiment, a display mode in which a vertical electric field of the TN liquid crystal layer is applied has been described as an example. However, in a display mode in which polarization is controlled, a display such as a TN liquid crystal, a STN liquid crystal, an MVA method, or the like, to which a horizontal electric field is applied. The mode is not specified.

【0094】[0094]

【発明の効果】偏光を制御する液晶表示素子と該素子の
背面に照明装置を備えた液晶表示装置の前記照明装置に
反射手段を、前記液晶表示素子と照明装置との間に光路
変換手段と反射型偏光選択手段とを配し、前記反射型偏
光選択手段の透過光とそれからの反射光とが再び前記反
射型偏光板に入射する時に、略同一の偏光状態になるよ
うに、前記光路変換手段の光路変換軸の方向と反射型偏
光選択手段の偏光透過軸とを規定することで、低消費電
力で正面輝度の高い液晶表示装置を実現することができ
る。
According to the present invention, the liquid crystal display device for controlling the polarization and the lighting device of the liquid crystal display device provided with the lighting device on the back of the device are provided with a reflecting means, and an optical path changing means between the liquid crystal display element and the lighting device. A reflection-type polarization selector, and the optical path conversion is performed so that when the transmitted light of the reflection-type polarization selector and the reflected light from the reflection-type polarization selector again enter the reflection-type polarizing plate, they have substantially the same polarization state. By defining the direction of the optical path conversion axis of the means and the polarization transmission axis of the reflective polarization selecting means, a liquid crystal display device with low power consumption and high front luminance can be realized.

【0095】特に、光路変換手段の光路変換軸方向と反
射型偏光選択手段からの反射光偏光方向との成す角度が
0度〜30度もしくは60度〜90度とするのが望まし
く、好ましくは光路変換軸方向と反射光偏光方向が直交
または平行になるよう配置したことで、低消費電力で正
面輝度の高い液晶表示装置を実現できる。
In particular, the angle between the direction of the optical path changing axis of the optical path changing means and the polarization direction of the reflected light from the reflection type polarization selecting means is desirably 0 to 30 degrees or 60 to 90 degrees. The liquid crystal display device having low power consumption and high front luminance can be realized by arranging the conversion axis direction and the reflected light polarization direction to be orthogonal or parallel.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の液晶表示装置の一実施例を示す模式斜
視図である。
FIG. 1 is a schematic perspective view showing one embodiment of a liquid crystal display device of the present invention.

【図2】本発明に適用する液晶表示素子の一実施例を示
す模式断面図である。
FIG. 2 is a schematic sectional view showing one embodiment of a liquid crystal display element applied to the present invention.

【図3】本発明の液晶表装置の一実施例を示す模式断面
図である。
FIG. 3 is a schematic sectional view showing one embodiment of the liquid crystal display device of the present invention.

【図4】本発明の液晶表装置の一実施例を示す模式断面
図である。
FIG. 4 is a schematic sectional view showing one embodiment of the liquid crystal display device of the present invention.

【図5】本発明に適用する反射型偏光板の一実施例を示
す模式断面図である。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing one embodiment of a reflective polarizing plate applied to the present invention.

【図6】本発明に適用する反射型偏光板の一実施例を示
す模式断面図である。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing one embodiment of a reflective polarizing plate applied to the present invention.

【図7】本発明に適用する照明装置の一実施例を示す模
式断面図である。
FIG. 7 is a schematic sectional view showing one embodiment of a lighting device applied to the present invention.

【図8】本発明に適用する照明装置の一実施例を示す模
式断面図である。
FIG. 8 is a schematic sectional view showing one embodiment of a lighting device applied to the present invention.

【図9】本発明の構成の一部を説明する図である。FIG. 9 is a diagram illustrating a part of the configuration of the present invention.

【図10】本発明の偏光方向と航路変換素子の成す角度
に対する光効率との関係を示すグラフである。
FIG. 10 is a graph showing a relationship between the polarization direction of the present invention and the light efficiency with respect to the angle formed by the route change element.

【図11】従来の液晶表示装置の光の偏光状態を示す模
式図である。
FIG. 11 is a schematic diagram illustrating a polarization state of light of a conventional liquid crystal display device.

【図12】本発明の液晶表示装置の光の偏光状態を示す
模式図である。
FIG. 12 is a schematic diagram illustrating a polarization state of light of the liquid crystal display device of the present invention.

【図13】従来の液晶表示装置の光の偏光状態を示す模
式図である。
FIG. 13 is a schematic diagram illustrating a polarization state of light of a conventional liquid crystal display device.

【図14】本発明の液晶表示装置の光の偏光状態を示す
模式図である。
FIG. 14 is a schematic diagram illustrating a polarization state of light of the liquid crystal display device of the present invention.

【図15】従来の液晶表装置の一例を示す模式断面図で
ある。
FIG. 15 is a schematic sectional view showing an example of a conventional liquid crystal display device.

【図16】従来の液晶表装置の一例を示す模式断面図で
ある。
FIG. 16 is a schematic sectional view showing an example of a conventional liquid crystal display device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…液晶表示素子、11…下側偏光板の偏光透過軸、
12…上側偏光板の偏光透過軸、11A,11B…偏光
板、12A,12B…基板、13A,13B…透明電
極、14A,14B…配向膜、15…液晶層、20,2
2…反射型偏光板、21…偏光透過軸、23…位相差
板、24…誘電体多層膜、25…反射型偏光板(タイプ
1)、26…反射型偏光板(タイプ2)、30,32…
光路変換素子、31,33…光路変換素子の光路変換
軸、31A…反射型偏光板の偏光透過軸、40…複屈折
媒体、41…位相差板、41A…延伸軸、60,65…
導光体、60A,60C…鏡面部、60B,60D…フ
ラット部、61,64…反射板、62…光源、63,6
6…拡散板、100,111,120,130,15
0,153,160,163…入射光、103,11
6,124,125,136,145…円偏光、10
1,107,156,166…出射光、102,11
3,118,121,121A,121B,144…直
線偏光透過光、104,105,114,122,12
2A,122B…反射光、112,115…透過光、1
23,123A,123B140,143…無偏光、1
17,126…直線偏光、131,131A,131
B,131C,106…直線偏光、132,132A,
132B…反射光、133,133A,133B…無偏
光、151,161,162…伝搬光、152,15
4,155,164,165…全反射光。
10: liquid crystal display element, 11: polarization transmission axis of lower polarizing plate,
Reference numeral 12 denotes a polarization transmission axis of an upper polarizing plate, 11A and 11B denotes a polarizing plate, 12A and 12B denotes a substrate, 13A and 13B denotes a transparent electrode, 14A and 14B denotes an alignment film, and 15 denotes a liquid crystal layer.
2 ... Reflection type polarizing plate, 21 ... Polarization transmission axis, 23 ... Phase plate, 24 ... Dielectric multilayer film, 25 ... Reflection type polarization plate (Type 1), 26 ... Reflection type polarization plate (Type 2), 30, 32 ...
Optical path conversion elements, 31, 33: Optical path conversion axis of optical path conversion element, 31A: Polarization transmission axis of reflective polarizing plate, 40: Birefringent medium, 41: Retardation plate, 41A: Stretching axis, 60, 65 ...
Light guide, 60A, 60C: mirror part, 60B, 60D: flat part, 61, 64: reflector, 62: light source, 63, 6
6 ... Diffusion plate, 100, 111, 120, 130, 15
0, 153, 160, 163 ... incident light, 103, 11
6,124,125,136,145 ... circularly polarized light, 10
1, 107, 156, 166 ... outgoing light, 102, 11
3, 118, 121, 121A, 121B, 144 ... linearly polarized transmitted light, 104, 105, 114, 122, 12
2A, 122B: reflected light, 112, 115: transmitted light, 1
23, 123A, 123B140, 143 ... non-polarized light, 1
17, 126 ... linearly polarized light, 131, 131A, 131
B, 131C, 106 ... linearly polarized light, 132, 132A,
132B: reflected light, 133, 133A, 133B: unpolarized light, 151, 161, 162: propagated light, 152, 15
4,155,164,165 ... Totally reflected light.

フロントページの続き (72)発明者 津村 誠 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 Fターム(参考) 2H091 FA08Z FA11X FA11Z FA14Z FA19Z FA23Z FA31Z FA41Z FD01 FD07 LA16 5C094 AA10 AA22 BA44 DA12 ED14 ED20 JA09 Continued on the front page (72) Inventor Makoto Tsumura 7-1-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture F-term in Hitachi Research Laboratory, Hitachi Ltd. (Reference) 2H091 FA08Z FA11X FA11Z FA14Z FA19Z FA23Z FA31Z FA41Z FD01 FD07 LA16 5C094 AA10 AA22 BA44 DA12 ED14 ED20 JA09

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 偏光を制御する液晶表示素子と該液晶表
示素子の背面に照明装置を配置した液晶表示装置におい
て、前記照明装置に反射手段を、前記液晶表示素子と前
記照明装置間に光路変換手段と反射型偏光選択手段とを
具備し、前記反射型偏光選択手段の透過光と、前記反射
型偏光選択手段からの反射光が前記反射手段により反射
されて再び前記反射型偏光板に入射する反射光の偏光状
態が略同一になるように、前記光路変換手段の光路変換
軸と反射型偏光選択手段の偏光透過軸との成す角度が0
〜30度または60〜90度であることを特徴とする液
晶表示装置。
2. A liquid crystal display device comprising: a liquid crystal display device for controlling polarization; and a liquid crystal display device having an illumination device disposed on the back of the liquid crystal display device. And a reflection type polarization selection unit, and the transmitted light of the reflection type polarization selection unit and the reflection light from the reflection type polarization selection unit are reflected by the reflection unit and again enter the reflection type polarization plate. The angle formed between the optical path conversion axis of the optical path conversion means and the polarization transmission axis of the reflection type polarization selection means is zero so that the polarization state of the reflected light is substantially the same.
A liquid crystal display device having an angle of 30 to 30 degrees or 60 to 90 degrees.
【請求項2】 前記光路変換手段の背面に複屈折媒体を
配置した請求項1に記載の液晶表示装置。
2. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein a birefringent medium is arranged on a back surface of said optical path changing means.
【請求項3】 前記光路変換手段の背面に複屈折媒体を
配置し、該複屈折媒体の偏光軸を前記反射型偏光選択手
段からの反射光の偏光方向と略45度に配置した請求項
1に記載の液晶表示装置。
3. A birefringent medium is arranged on the back of said optical path changing means, and the polarization axis of said birefringent medium is arranged at substantially 45 degrees with respect to the polarization direction of the reflected light from said reflection type polarization selecting means. 3. The liquid crystal display device according to 1.
【請求項4】 前記光路変換手段の背面に配置した複屈
折媒体が略1/4波長板として機能するものである請求
項2または3に記載の液晶表示装置。
4. The liquid crystal display device according to claim 2, wherein the birefringent medium disposed on the back surface of the optical path changing means functions as a substantially quarter-wave plate.
【請求項5】 前記光路変換手段の光路変換軸と反射型
偏光選択手段の偏光透過軸の成す角度が略平行または直
交である請求項1〜4のいずれかに記載の液晶表示装
置。
5. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein an angle between an optical path conversion axis of the optical path conversion unit and a polarization transmission axis of the reflection type polarization selection unit is substantially parallel or orthogonal.
【請求項6】 前記液晶表示素子が、一対の透明基板間
に挟持された液晶層、前記透明基板上に形成された液晶
配向制御用電極、前記透明基板の少なくとも表示面側透
明基板上に偏光板を有し、該偏光板の偏光軸が前記反射
型偏光選択手段の偏光透過軸と略平行または略直交する
よう配置されている請求項1〜5のいずれかに記載の液
晶表示装置。
6. A liquid crystal display device comprising: a liquid crystal layer sandwiched between a pair of transparent substrates; a liquid crystal alignment control electrode formed on the transparent substrate; and a polarized light on at least a display surface side transparent substrate of the transparent substrate. The liquid crystal display device according to claim 1, further comprising a plate, wherein a polarizing axis of the polarizing plate is disposed so as to be substantially parallel or substantially perpendicular to a polarization transmission axis of the reflection type polarization selecting unit.
【請求項7】 前記照明装置が板状の導光体と、その周
辺に配置された光源を有し、前記光源から出射された光
が前記導光体内を伝搬して導光体の光出射面から出射さ
れるよう構成されており、前記導光体の裏面が微細な傾
斜面を有する多数の凹、凸または段差で構成された反斜
面を備え、該反斜面は少なくとも前記傾斜面が鏡面化さ
れており、該導光体の裏面に直接または空気層を介して
反射板が設けられている請求項1〜5のいずれかに記載
の液晶表示装置。
7. The lighting device includes a plate-shaped light guide and a light source disposed around the plate-shaped light guide, and light emitted from the light source propagates through the light guide and emits light from the light guide. The light guide is configured to be emitted from a surface, and the back surface of the light guide includes an anti-slope surface formed of a number of concaves, protrusions, or steps having a fine inclined surface, and the anti-slope surface is at least a mirror surface. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein a reflection plate is provided on the back surface of the light guide directly or via an air layer.
【請求項8】 前記光路変換手段が、等方性媒体または
一軸性複屈折媒体で構成されている請求項1〜5のいず
れかに記載の液晶表示装置。
8. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein said optical path changing means is made of an isotropic medium or a uniaxial birefringent medium.
【請求項9】 液晶表示装置からの白表示時の出射特性
が、水平方向では正面輝度の1/2になる角度範囲であ
る半値幅が60度以下、垂直方向では40度以下である
請求項1〜5のいずれかに記載の液晶表示装置。
9. An emission characteristic of the liquid crystal display device during white display has a half value width of 60 degrees or less in an angle range where the front luminance is 1 / in the horizontal direction and 40 degrees or less in a vertical direction. 6. The liquid crystal display device according to any one of 1 to 5.
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